1931年沈阳沦陷前夕，中共特工宋烟桥（张鲁一饰）与大蹿儿（康磊饰）假扮满铁警察潜入敌营，成功营救被捕的地下党员刘沛。与此同时，日本特务岸谷雄一（芦芳生饰）与横烟设下圈套，利用叛徒情报突袭中共交通站。教堂神父陈思远（杜冠儒饰）为保护藏有关键情报的黄铜钥匙，在接头时不幸被捕，最终吞钥牺牲。随着日军全面占领沈阳，宋烟桥与女医生舒婕（佟丽娅饰）组建地下抗日小组，在伪满警察署长康磊（郭秋成饰）的围剿下，以药店为掩护建立秘密电台。当横烟发现舒婕的真实身份时，一场关乎东北抗日情报网存亡的生死博弈在飘雪的奉天城悄然展开……